主动配电系统可行技术的研究

王彧

摘 要：随着信息与通信技术的发展，应用高级量测设备的主动配电网（ADN）已经可以解决DER接入问题。文章以DER的接入为着眼点重点分析了发展ADN的重要性，并对AND的概念、现状、动态及成果进行研究，对AND的经济可信性进行了分析，指出AND在平衡配电层级功率和平衡配电层级与上级电网之间都是可以提供局部区域能源交换的设施，具有很大的发展潜力。

关键词：主动配电网；电力系统；可行性；平衡配电层

1 概述

传统的配电网通常依靠灵活的网络结构和较大的容量裕度来应对负荷的不确定性，进而使电力网络能够安全运行，这种控制方法较为常见，同时也较为简单。然而，在科学技术的推动下，配电网中采用分布式能源（DER）的渗透率来实现对电力负荷的控制逐渐增多，这也导致在配电网的规划与控制方面更加复杂，对配电网整体的经济性产生重大影响，在管理方式上也亟待推陈出新。

2 主动配电网的定义和概念

主动配电网（ADN）是充分利用网络拓扑结构来对配电网进行管理，进而能够对局部的DER进行主动控制和管理的配电系统。DER在监管环境允许的情况下，按照接入协议的要求，能够实现对系统的全面支持。分布式能源（DER）主要则是由分布式储能（EES）、分布式发电（DG）和可控负荷（RL）等构成的，其中负荷既有发电属性，同时又有消费属性，这种双重性导致其也是DER的组成部分。

2010年，国际上基于CIGREC6.11的定义对AND进行了阐释，其中文名称则为“主动配电网”。目前，全球范围内的电力供应商多采用传统的方式来进行管理，并没有形成有效的激励机制，同时也受到监管环境的制约和影响，导致AND的发展非常缓慢，仍有很多问题亟待解决。

3 配电系统的DER接入技术研究

传统配电网是介于输电网与用户之间的“中转站”，而中低压配电网在整个电力系统中更被看作是“被动”负荷。在传统配电网当中，技术标准较低，操作也更为简单，电力网络所采用的模式是开环辐射模式，尽管存在电力自动化设备，这些设备也多用于解决后台故障，实现快速处理，保证电力的持续供应，而对于稳态运行中的配电网进行控制和管理几乎没有，因而传统配电网又被称为“被动配电网（PDN）”。传统配电网在设计上并没有考虑到高渗透率DER的接入问题，针对高渗透率DER的接入问题，小规模应用会影响到局部配电网络，一旦将其进行大规模的推广应用，那么将会对全局电力网络进行作用，其中不仅包括电网规划、运行状态、故障处理等，同时还会对短路电流、设备选型、非常态方式孤岛运行等电学现象造成严重影响。

3.1 配电网规划方法研究

传统配电网从规划的角度进行分析，其网络结构相对更为固定，是根据负荷预测值确定最大容量裕度，确保配电网的最低运行条件，在设计初始阶段将潜在问题排除，因而传统配电网相对更为简单。ADN负荷预测结果的值在判断上需要考虑到两个因素，需求侧响应和DG。此外，在设计的过程中会考虑到DER主动管理模式对整体或局域电力网络所造成的影响。可见，相较于传统配电网采用AND规划的方法要更为复杂。

3.2 配电网运行技术研究

电力设备都有额定工作电压，因而需要在电压范围内来运行，电压质量与无功电压控制之间的关系非常紧密。对于无源的传统配电网，其无功电压控制模式比较容易。在配电网中接入DER后，由于DER所存在的随机性、间歇性、非线性等特点，导致配电网无功电压控制模式相较于传统配电网要复杂的多，在DER的影响下还会出现有功潮流反向、无功潮流不确定性等。此外，接入DER还可能会发生暂态电压变化，由风电机组引发的电压畸变、闪变、保护误动等一系列问题，进而对配电质量造成影响。

3.3 短路电流和设备选型研究

任意一个存在电源的电力系统都存在短路电流，因而为了能够使DG顺利接入，确保遮断容量不超标，必须要对原有开关进行更换，甚至对原有电力设备进行更换，进而导致运行成本的增加。同时，对于同一个变电站，DG的接入并不是只有一个点，在多点接入时，某一点附近同一电压层级节点的短路电流会发生超标的现象，这时也需要对设备进行更换，大量的DG接入点会造成供电区域的网络饱和，导致后续DG接入受限。

4 主动配电网的可行技术研究

如今，世界各国都在致力于AND项目的研发，为了使AND技术更具有推广价值，在“可行技术”方面更为重视。先进的电力企业已经开始部署AND试点项目，《主动配电网的运行和发展》对主动配电网的可行技术进行了较为全面的总结，现将其中通信技术和AND可行技术进行介绍。

4.1 通信技术研究

在对配电系统进行管理的过程中，需要依托于信息技术与通讯技术（ICT）以及相关设备。利用ICT技术能够在很大程度上增强配电网的可靠性和稳定性，同时能够促进电网效率的提升，平衡系统频率，并对电压和潮流进行调节和控制，是支持配电系统运行的关键性技术。ICT所采取的主动控制可以由集中控制、组合控制、点对点控制任意一种控制模式来实现。

4.2 相关技术研究

目前，AND項目重点涉及三个方面的技术，其中包括硬件设备、网络运行、检测控制。对于AND项目未来的发展，在解决可行技术方面需要关注以下几个方面：

（1）电力设备：电力设备中也包含通信设备，其中主要有ESS、AMI、通信媒介设备、智能设备、DG接入和控制接口、电池能量管理等；利用电力设备来实现网络重构、电压调节、DER接入转换、谐波补偿、无功补偿等；运用DER和负荷优化运行能够产生最大的回报率；运用可控储能能够使发电和负荷达到平衡。

（2）ICT技术：基于ICT技术能够实现系统信息的运算、处理、分配、存储等功能，实现设备之间的数据交换与信息传递。

（3）监测预测：对各种网络参数和系统实际运行状况进行监测，对可能存在的峰值电压、峰值电流、负荷、发电、电价进行预测，保证系统的安全性与稳定性。

（4）运行控制：配电网管理系统采用分布式控制以及需求侧管理，在孤岛运行条件下对微电网/馈线进行管理；此外，还设计自动电压控制、潮流管理、动态的线路载荷水平等。

5 结束语

文章以DER的接入为着眼点重点分析了发展ADN的重要性，并对AND的概念、现状、动态及成果进行研究，对AND的经济可信性进行了分析，指出AND在平衡配电层级功率和平衡配电层级与上级电网之间都是可以提供局部区域能源交换的设施。在高渗透率DER接入的情况下，会在输电网与配电网之间形成双向功率流，同时造成电源和负荷都具有了双重不确定性，客户具有生产者与消费者的双重属性，因而为了使配电网系统的安全性与稳定性得到保障，必须要依托于现有技术来对电网进行改进，引进更加领先的设备，加强对ADS技术的研发，这也负荷目前配电网工程改造的趋势。虽然DER渗透率会逐渐增大，但基于先进技术设备构建的ADS在平衡配电层级的功率方面所发挥的作用将会不断增强，进而成为局部区域进行能源交换的核心模块。我国在对ADS的研究过程中，需要结合我国电力网络的实际需求与可行性，如在对高渗透率DER接入的研究中不能忽视可行的配电网络扩展模式，促使我国电力系统配电网的效率得到大幅提升。

参考文献

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